Bumi Hampir Kehilangan Semua Oksigennya 2,3 Miliar Tahun lalu
loading...
Gletser di Antartika modern. Oksigenasi awal Bumi mungkin telah memicu zaman es yang menutupi permukaan Bumi dengan gletser seperti ini. Foto/ NASA/Michael Studinger
A
A
A
JAKARTA - Transisi Bumi untuk secara permanen menampung atmosfer beroksigen adalah proses penghentian yang memakan waktu 100 juta tahun lebih lama dari yang diyakini sebelumnya, menurut sebuah studi baru.
Ketika Bumi pertama kali terbentuk 4,5 miliar tahun lalu, atmosfer hampir tidak mengandung oksigen. Tetapi 2,43 miliar tahun lalu, sesuatu terjadi. Yakni, kadar oksigen mulai naik, kemudian turun, disertai perubahan besar pada iklim, termasuk beberapa glasiasi yang mungkin telah menutupi seluruh dunia dalam es.
Tanda kimiawi yang terkunci di bebatuan yang terbentuk selama era ini menunjukkan bahwa pada 2,32 miliar tahun yang lalu, oksigen adalah fitur permanen atmosfer planet.
Tetapi sebuah studi baru yang menyelidiki periode setelah 2,32 miliar tahun lalu menemukan tingkat oksigen masih terus berputar hingga 2,22 miliar tahun lalu, ketika planet ini akhirnya mencapai titik kritis permanen. Penelitian baru ini, yang diterbitkan dalam jurnal Nature pada 29 Maret, memperpanjang durasi apa yang oleh para ilmuwan disebut Peristiwa Oksidasi Besar hingga 100 juta tahun. Ini juga dapat mengonfirmasi hubungan antara oksigenasi dan perubahan iklim yang masif.
"Kami baru sekarang mulai melihat kompleksitas peristiwa ini," kata rekan penulis studi, Andrey Bekker, ahli geologi di University of California, Riverside, seperti dikutip Live Science.
Membentuk Oksigen
Oksigen yang tercipta dalam Peristiwa Oksidasi Hebat dibuat oleh cyanobacteria laut, sejenis bakteri yang menghasilkan energi melalui fotosintesis. Produk sampingan utama fotosintesis adalah oksigen, dan cyanobacteria awal akhirnya menghasilkan oksigen yang cukup untuk membentuk kembali muka planet ini selamanya.
Tanda perubahan ini terlihat pada batuan sedimen laut. Dalam atmosfer bebas oksigen, batuan ini mengandung beberapa jenis isotop belerang. (Isotop adalah unsur dengan jumlah neutron yang berbeda-beda di dalam nukleusnya.) Ketika oksigen melonjak, isotop belerang ini menghilang karena reaksi kimia yang membuatnya tidak terjadi dengan adanya oksigen.
Bekker dan rekan penelitinya telah lama mempelajari kemunculan dan hilangnya sinyal isotop belerang ini. Mereka dan peneliti lain telah memerhatikan bahwa naik turunnya oksigen di atmosfer tampaknya mengikuti tiga glasiasi global yang terjadi antara 2,5 miliar dan 2,2 miliar tahun lalu. Namun anehnya, glasiasi keempat dan terakhir dalam periode itu tidak terkait dengan perubahan kadar oksigen di atmosfer.
Para peneliti bingung. "Mengapa kita memiliki empat peristiwa glasial, dan tiga di antaranya dapat dihubungkan dan dijelaskan melalui variasi oksigen atmosfer, tetapi yang keempat berdiri sendiri-sendiri?" ujarnya.
Untuk mengetahuinya, para peneliti mempelajari batuan yang lebih muda dari Afrika Selatan. Batuan laut ini menutupi bagian akhir dari Peristiwa Oksidasi Besar, setelah glasiasi ketiga hingga sekitar 2,2 miliar tahun lalu.
Mereka menemukan setelah peristiwa glasiasi ketiga, atmosfer pada awalnya bebas oksigen, kemudian oksigen naik dan turun lagi. Oksigen naik lagi 2,32 miliar tahun lalu -titik di mana para ilmuwan sebelumnya mengira kenaikan itu permanen. Namun di bebatuan yang lebih muda, Bekker dan rekan-rekannya kembali mendeteksi penurunan kadar oksigen.
Penurunan ini bertepatan dengan glasiasi terakhir, yang sebelumnya tidak terkait dengan perubahan atmosfer. "Oksigen di atmosfer selama waktu awal ini sangat tidak stabil dan naik ke tingkat yang relatif tinggi dan turun ke tingkat yang sangat rendah," tandas Bekker. "Itu adalah sesuatu yang tidak kami harapkan sampai mungkin 4 atau 5 tahun terakhir (penelitian)."
Cyanobacteria vs gunung berapi
Para peneliti masih mencari tahu apa yang menyebabkan semua fluktuasi ini, tapi mereka punya beberapa ide. Salah satu faktor kuncinya adalah metana, gas rumah kaca yang lebih efisien dalam memerangkap panas daripada karbon dioksida.
Saat ini, metana memainkan peran kecil dalam pemanasan global dibandingkan dengan karbon dioksida. Karena metana bereaksi dengan oksigen dan menghilang dari atmosfer dalam waktu sekitar satu dekade, di mana karbon dioksida bertahan selama ratusan tahun. Tetapi ketika hanya ada sedikit atau tidak ada oksigen di atmosfer, metana bertahan lebih lama dan bertindak sebagai gas rumah kaca yang lebih penting.
Jadi urutan oksigenasi dan perubahan iklim mungkin berjalan seperti ini, Cyanobacteria mulai memproduksi oksigen, yang bereaksi dengan metana di atmosfer pada saat itu, hanya menyisakan karbon dioksida. Karbondioksida ini tidak cukup melimpah untuk menutupi efek pemanasan dari metana yang hilang, jadi planet ini mulai mendingin. Gletser mengembang dan permukaan planet menjadi sedingin es dan dingin.
Namun, menyelamatkan planet dari pembekuan dalam permanen adalah gunung berapi subglasial. Aktivitas vulkanik akhirnya meningkatkan kadar karbon dioksida yang cukup tinggi untuk menghangatkan planet kembali. Dan sementara produksi oksigen tertinggal di lautan yang tertutup es karena cyanobacteria menerima lebih sedikit sinar Matahari, metana dari gunung berapi dan mikroorganisme kembali mulai menumpuk di atmosfer, semakin memanaskan keadaan.
Tetapi tingkat karbon dioksida vulkanik memiliki pengaruh besar lainnya. Ketika karbon dioksida bereaksi dengan air hujan, dia membentuk asam karbonat, yang melarutkan batuan lebih cepat daripada air hujan dengan pH netral. Pelapukan batuan yang lebih cepat ini membawa lebih banyak nutrisi seperti fosfor ke lautan.
Lebih dari 2 miliar tahun yang lalu, masuknya nutrisi seperti itu akan mendorong cyanobacteria laut penghasil oksigen ke dalam kegilaan yang produktif, sekali lagi meningkatkan kadar oksigen di atmosfer, menurunkan metana dan memulai seluruh siklus lagi.
Akhirnya, perubahan geologis lain memutus siklus oksigenasi-glasiasi ini. Pola tersebut tampaknya telah berakhir sekitar 2,2 miliar tahun yang lalu ketika catatan batuan menunjukkan peningkatan karbon organik yang terkubur, yang menunjukkan bahwa organisme fotosintetik mengalami masa kejayaan.
Tidak ada yang tahu persis apa yang memicu titik kritis ini, meskipun Bekker dan rekan-rekannya berhipotesis bahwa aktivitas vulkanik pada periode ini memberikan masuknya nutrisi baru ke lautan, akhirnya memberi cyanobacteria segala yang mereka butuhkan untuk berkembang. Pada titik ini, jelas Bekker, tingkat oksigen cukup tinggi untuk secara permanen menekan pengaruh metana yang terlalu besar pada iklim, dan karbon dioksida dari aktivitas vulkanik serta sumber lain menjadi gas rumah kaca yang dominan untuk menjaga planet tetap hangat.
Ada banyak urutan batuan lain dari era ini di seluruh dunia, sebut Bekker, termasuk di Afrika barat, Amerika Utara, Brasil, Rusia, dan Ukraina. Batuan kuno ini membutuhkan lebih banyak studi untuk mengungkapkan bagaimana siklus awal oksigenasi bekerja, katanya, terutama untuk memahami bagaimana pasang surut mempengaruhi kehidupan planet.
Ketika Bumi pertama kali terbentuk 4,5 miliar tahun lalu, atmosfer hampir tidak mengandung oksigen. Tetapi 2,43 miliar tahun lalu, sesuatu terjadi. Yakni, kadar oksigen mulai naik, kemudian turun, disertai perubahan besar pada iklim, termasuk beberapa glasiasi yang mungkin telah menutupi seluruh dunia dalam es.
Tanda kimiawi yang terkunci di bebatuan yang terbentuk selama era ini menunjukkan bahwa pada 2,32 miliar tahun yang lalu, oksigen adalah fitur permanen atmosfer planet.
Tetapi sebuah studi baru yang menyelidiki periode setelah 2,32 miliar tahun lalu menemukan tingkat oksigen masih terus berputar hingga 2,22 miliar tahun lalu, ketika planet ini akhirnya mencapai titik kritis permanen. Penelitian baru ini, yang diterbitkan dalam jurnal Nature pada 29 Maret, memperpanjang durasi apa yang oleh para ilmuwan disebut Peristiwa Oksidasi Besar hingga 100 juta tahun. Ini juga dapat mengonfirmasi hubungan antara oksigenasi dan perubahan iklim yang masif.
"Kami baru sekarang mulai melihat kompleksitas peristiwa ini," kata rekan penulis studi, Andrey Bekker, ahli geologi di University of California, Riverside, seperti dikutip Live Science.
Membentuk Oksigen
Oksigen yang tercipta dalam Peristiwa Oksidasi Hebat dibuat oleh cyanobacteria laut, sejenis bakteri yang menghasilkan energi melalui fotosintesis. Produk sampingan utama fotosintesis adalah oksigen, dan cyanobacteria awal akhirnya menghasilkan oksigen yang cukup untuk membentuk kembali muka planet ini selamanya.
Tanda perubahan ini terlihat pada batuan sedimen laut. Dalam atmosfer bebas oksigen, batuan ini mengandung beberapa jenis isotop belerang. (Isotop adalah unsur dengan jumlah neutron yang berbeda-beda di dalam nukleusnya.) Ketika oksigen melonjak, isotop belerang ini menghilang karena reaksi kimia yang membuatnya tidak terjadi dengan adanya oksigen.
Bekker dan rekan penelitinya telah lama mempelajari kemunculan dan hilangnya sinyal isotop belerang ini. Mereka dan peneliti lain telah memerhatikan bahwa naik turunnya oksigen di atmosfer tampaknya mengikuti tiga glasiasi global yang terjadi antara 2,5 miliar dan 2,2 miliar tahun lalu. Namun anehnya, glasiasi keempat dan terakhir dalam periode itu tidak terkait dengan perubahan kadar oksigen di atmosfer.
Para peneliti bingung. "Mengapa kita memiliki empat peristiwa glasial, dan tiga di antaranya dapat dihubungkan dan dijelaskan melalui variasi oksigen atmosfer, tetapi yang keempat berdiri sendiri-sendiri?" ujarnya.
Untuk mengetahuinya, para peneliti mempelajari batuan yang lebih muda dari Afrika Selatan. Batuan laut ini menutupi bagian akhir dari Peristiwa Oksidasi Besar, setelah glasiasi ketiga hingga sekitar 2,2 miliar tahun lalu.
Mereka menemukan setelah peristiwa glasiasi ketiga, atmosfer pada awalnya bebas oksigen, kemudian oksigen naik dan turun lagi. Oksigen naik lagi 2,32 miliar tahun lalu -titik di mana para ilmuwan sebelumnya mengira kenaikan itu permanen. Namun di bebatuan yang lebih muda, Bekker dan rekan-rekannya kembali mendeteksi penurunan kadar oksigen.
Penurunan ini bertepatan dengan glasiasi terakhir, yang sebelumnya tidak terkait dengan perubahan atmosfer. "Oksigen di atmosfer selama waktu awal ini sangat tidak stabil dan naik ke tingkat yang relatif tinggi dan turun ke tingkat yang sangat rendah," tandas Bekker. "Itu adalah sesuatu yang tidak kami harapkan sampai mungkin 4 atau 5 tahun terakhir (penelitian)."
Cyanobacteria vs gunung berapi
Para peneliti masih mencari tahu apa yang menyebabkan semua fluktuasi ini, tapi mereka punya beberapa ide. Salah satu faktor kuncinya adalah metana, gas rumah kaca yang lebih efisien dalam memerangkap panas daripada karbon dioksida.
Saat ini, metana memainkan peran kecil dalam pemanasan global dibandingkan dengan karbon dioksida. Karena metana bereaksi dengan oksigen dan menghilang dari atmosfer dalam waktu sekitar satu dekade, di mana karbon dioksida bertahan selama ratusan tahun. Tetapi ketika hanya ada sedikit atau tidak ada oksigen di atmosfer, metana bertahan lebih lama dan bertindak sebagai gas rumah kaca yang lebih penting.
Jadi urutan oksigenasi dan perubahan iklim mungkin berjalan seperti ini, Cyanobacteria mulai memproduksi oksigen, yang bereaksi dengan metana di atmosfer pada saat itu, hanya menyisakan karbon dioksida. Karbondioksida ini tidak cukup melimpah untuk menutupi efek pemanasan dari metana yang hilang, jadi planet ini mulai mendingin. Gletser mengembang dan permukaan planet menjadi sedingin es dan dingin.
Namun, menyelamatkan planet dari pembekuan dalam permanen adalah gunung berapi subglasial. Aktivitas vulkanik akhirnya meningkatkan kadar karbon dioksida yang cukup tinggi untuk menghangatkan planet kembali. Dan sementara produksi oksigen tertinggal di lautan yang tertutup es karena cyanobacteria menerima lebih sedikit sinar Matahari, metana dari gunung berapi dan mikroorganisme kembali mulai menumpuk di atmosfer, semakin memanaskan keadaan.
Tetapi tingkat karbon dioksida vulkanik memiliki pengaruh besar lainnya. Ketika karbon dioksida bereaksi dengan air hujan, dia membentuk asam karbonat, yang melarutkan batuan lebih cepat daripada air hujan dengan pH netral. Pelapukan batuan yang lebih cepat ini membawa lebih banyak nutrisi seperti fosfor ke lautan.
Lebih dari 2 miliar tahun yang lalu, masuknya nutrisi seperti itu akan mendorong cyanobacteria laut penghasil oksigen ke dalam kegilaan yang produktif, sekali lagi meningkatkan kadar oksigen di atmosfer, menurunkan metana dan memulai seluruh siklus lagi.
Akhirnya, perubahan geologis lain memutus siklus oksigenasi-glasiasi ini. Pola tersebut tampaknya telah berakhir sekitar 2,2 miliar tahun yang lalu ketika catatan batuan menunjukkan peningkatan karbon organik yang terkubur, yang menunjukkan bahwa organisme fotosintetik mengalami masa kejayaan.
Tidak ada yang tahu persis apa yang memicu titik kritis ini, meskipun Bekker dan rekan-rekannya berhipotesis bahwa aktivitas vulkanik pada periode ini memberikan masuknya nutrisi baru ke lautan, akhirnya memberi cyanobacteria segala yang mereka butuhkan untuk berkembang. Pada titik ini, jelas Bekker, tingkat oksigen cukup tinggi untuk secara permanen menekan pengaruh metana yang terlalu besar pada iklim, dan karbon dioksida dari aktivitas vulkanik serta sumber lain menjadi gas rumah kaca yang dominan untuk menjaga planet tetap hangat.
Ada banyak urutan batuan lain dari era ini di seluruh dunia, sebut Bekker, termasuk di Afrika barat, Amerika Utara, Brasil, Rusia, dan Ukraina. Batuan kuno ini membutuhkan lebih banyak studi untuk mengungkapkan bagaimana siklus awal oksigenasi bekerja, katanya, terutama untuk memahami bagaimana pasang surut mempengaruhi kehidupan planet.
(wsb)
Lihat Juga :
